Урок-исследование. Тема. Исследование силы сухого трения.

Урок-исследование

Тема. Исследование силы сухого трения.

Урок проводится после уроков на темы: «Сила трения. Трение скольжения. Трение покоя. Трение в природе и технике.» На данный урок отвожу 2 часа, что позволяет календарное планирование, т.к. в ходе урока необходимо провести много экспериментов и сделать выводы

 Цели урока:

1. Актуализация и систематизация знаний учащихся о силах, способах их измерений;

2. Привитие вкуса к исследовательской работе;

3. Развитие познавательного интереса;

4. Формирование исследовательских умений (выдвигать и проверять гипотезы, делать выводы из эксперимента) и вычисление физических величин с помощью опытных данных;

5. Воспитание сотрудничества при работе в парах (выслушивать товарища, уважать мнение оппонента) при выполнении лабораторного эксперимента (бережного обращения с оборудованием).

Оборудование: 

На столах учеников комплект для лабораторной работы: динамометр, брусок, каток, доска, набор грузов по 1Н, листы–описания с заданиями для экспериментов.

Мотивация учеников: Сила трения играет очень большую роль в жизни каждого человека и во всех отраслях техники. С ней приходится бороться, а в каких-то случаях увеличивать. Поэтому о ней надо знать как можно больше. Лучший метод познания – исследование, эксперимент.

Ход урока

I. Организационный момент: приветствие; объявление темы урока, постановка цели урока. Запись домашнего задания. Д.З. повт. § 23 – 32.

Запись даты и темы в тетрадь:

Лабораторная работа.

Тема: «Исследование силы трения скольжения. Измерение коэффициента трения скольжения».

Оборудование: динамометр, брусок, каток, доска, набор грузов по 1Н.

Проверить наличие оборудования.

Инструктаж по технике безопасности.

II. Повторение

1. Разработка плана действий: (методом беседы)

Что значит исследовать силу трения – это значит определить: от чего зависит величина её; что нужно сделать, чтобы её увеличить, уменьшить.

Ход научного исследования: исходные факты → гипотеза → следствия → эксперимент → вывод.

2. По этому плану проводим исследование:

• Исходные данные: (Повторение пройденного материала методом беседы)

• Что мы знаем о силе трения?

• Что такое сила трения?

• Какие виды трения существуют?

• Назвать причины трения.

• Как измерить силу трения?

III. Составляем план проведения эксперимента.

Объект исследования: сила сухого трения

Предмет исследования: физические факторы, влияющие на силу сухого трения

Цель исследования: изучить природу силы сухого трения, исследовать физические факторы, от которых зависит трение, рассмотреть виды трения.

Задачи исследования:

1. расширить и применить знания о силе сухого трения, полученные на уроках физики.

2. отработать практические умения в результате постановки эксперимента.

3. сформулировать выводы о действии физических факторов на силу сухого трения.

Метод исследования:

проведение эксперимента по исследованию физических факторов, от которых зависит трение.

Гипотеза:

можно предположить, что сила трения скольжения зависит от следующих факторов:

-от нагрузки;

-от площади соприкосновения трущихся поверхностей;

-от трущихся  материалов (при сухих поверхностях);

А также, можно доказать, что сила трения скольжения больше, чем сила трения качения и меньше, чем сила трения покоя. Поэтому необходимо провести несколько экспериментов и сделать соответствующие выводы.

IV. Проведение экспериментов.

Задание 1. Исследование величины и направления силы трения покоя.

Ход работы

1. Поставьте на брусок 2—3 гру­зика массой 100 г. Потяните брусок динамометром, прикладывая к нему силу Р = 0,2 Н Вы види­те, что брусок не сдвигается с места. Объясните почему.

Чему равна сила трения покоя? В какую сторону она на­правлена?

2. Проделайте тот же опыт, увеличив силу, действующую на брусок, до значений 0,4Н, 0,6Н, 0,8Н. Для каждого опы­та ответьте на вопросы, поставленные в пункте 1.

3. Данные измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1

4. Подействуйте на брусок силой, например, 0,8 Н, но по другому направлению. И в этом случае ответьте на вопросы, поставленные в пункте 1.

5. Сделайте вывод относительно величины и направления силы трения покоя.

Наблюдения в ходе проведенных опытов приводят обучающихся к следующему выводу: сила трения покоя равна по модулю силе, стре­мящейся сдвинуть тело с места, и всегда направле­на против этой силы:

F тр. п = F внеш.

Задание 2. Исследование зависимости силы трения покоя от внешней силы.

Ход работы

Пусть на бруске по-прежнему находятся грузы. Действуй­те на брусок динамометром, постепенно наращивая силу.

Что вы наблюдаете? Что произошло с бруском?

Какой вывод относительно величины силы трения вы мо­жете сделать теперь?

В ходе наблюдения обучающиеся приходят к выводу: сила трения покоя способна возрастать лишь до некоторого предела F тр макс.

Далее предстоит установить, от каких величин зависит максимальная сила трения.

Предполагают, в первую очередь следует установить характер зависимости предельного значения силы трения покоя от си­лы давления тела на опору и от качества обработки трущихся поверхностей.

Задание 3. Исследование предельного значения силы тре­ния покоя.

Ход работы

1. Изменяя число грузов, поставленных на брусок (сни­майте их с бруска или добавляйте новые), определите силу давления бруска на опору в каждом случае.

2. Заполните таблицу 2.

3. Установите зависимость максимального значения силы трения покоя от силы давления бруска на опору.

Таблица 2

4. Поставьте брусок с определенным числом грузов на стол (на книгу, на какой-нибудь другой предмет). Измерьте в каждом опыте значение F тр макс.,

5. Сделайте вывод.

Объединяя наблюдения, сделанные в процессе выполне­ния всего задания, и делают общий вывод: если на тело подействует сила параллельно по­верхности, на которой оно находится, то возникает сила трения покоя. Сила трения покоя всегда на­правлена против силы, стремящейся вывести тело из состояния покоя. Модуль силы трения покоя ра­вен модулю приложенной к телу силы до некоторого предельного значения, зависящего от силы давления, от материалов и от качества обработки трущихся поверхностей.

Если приложенная к телу сила больше, чем предельное значение силы трения покоя, то тело приходит в движение. Трение покоя меняется на трение скольжения. Чтобы устано­вить, от каких величин зависит сила трения скольжения, про­делайте экспериментальное задание.

Задание 4. Измерение силы трения скольжения.

Ход работы

С помощью динамометра двигайте по линейке брусок рав­номерно. При этом, согласно первому закону Ньютона, сила трения скомпенсирует силу упругости динамометра F тр = F упр

Указание: динамометр должен располагаться параллель­но поверхности линейки, но не касаться ее.

Задание 5. Получение зависимости силы трения скольже­ния от силы давления бруска на опору.

Ход выполнения задания наметьте самостоятельно.

Для тех, кто самостоятельно не справился с заданием, да­ем подсказку. Меняя число грузов, устанавливаемых на бру­сок, необходимо в каждом опыте измерить вес бруска с груза­ми (в данном случае вес равен силе давления тела на опору) и силу трения скольжения. На основании опытов составляется таблица, по ней строится график зависимости силы трения от силы давления и делается вывод относительно характера этой зависимости.

Таблица 3

Вывод: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе давления Fтр ~ F д.

Коэффициент пропорциональности называют коэффици­ентом трения скольжения и обозначают

Тогда формулу для силы трения скольжения можно запи­сать так: Fтр =F д.

Эта зависимость была установлена Гильомом Амонтоном (фр. ученый) в 1699 году. Еще до него изучал трение Леонардо да Винчи, который определил коэффициент трения. Исследованием трения занимался также Шарль Огюстен Кулон.

Задание 6. Измерение силы трения скольжения трех одинаковых деревянных брусков на разных поверхностях.

Ход выполнения задания наметьте самостоятельно.

Вывод: сила трения скольжения зависит от рода соприкасающихся поверхностей. 

Задание 7. Измерение силы трения деревянных брусков одинаковой массы, но разных площадей соприкасающихся поверхностей.

Ход выполнения задания наметьте самостоятельно.

Вывод: сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Общий вывод: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, зависит от рода соприкасающихся поверхностей и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Трение можно значительно уменьшить, если трение скольжения заменить трением качения. Убедитесь в этом на простом опыте.

Задание 8. Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения.

Поставьте тетрадь или книгу наклонно к по­верхности стола. Положите на нее круглый (без граней) ка­рандаш так, как показано на рисунке а).

Наклон книги сделайте таким, чтобы карандаш медленно соскальзывал с книги. А теперь разверните карандаш так, как показано на рисунке б).

Таблица 4.

Вывод: трение качения намного меньше тре­ния скольжения.

Выполненные в лабораторных тетрадях отчеты ученики сдают на проверку.

V. Итоги.

1. Мы изучили силу трения, так что же такое сила трения? К чему она приложена и куда направлена? Когда возникает сила трения?

2. В чем причина возникновения силы трения?

3. Какова природа силы трения?

4. Как можно измерить силу трения?

5. От чего зависит, от чего не зависит сила трения?

6. Как увеличить и как уменьшить силу трения?

7. Что можно сказать о величине силы трения скольжения и силы трения качения?

8. Что можно сказать о величине силы трения покоя?